Évolution et diversité du vivant (101-nya-05) cours 2 (première partie) concepts fondamentaux de...
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Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)
Cours 2(Première partie)
CONCEPTS CONCEPTS FONDAMENTAUX DE FONDAMENTAUX DE
BIOLOGIEBIOLOGIE
Bernadette Féry Hiver 2007
Les poupées russes s’emboîtent les unes dans les autres tout comme les niveaux structuraux du vivant.
1. L’organisation complexe du vivant
2. Les propriétés émergentes
3. Les caractéristiques du vivant
4. La théorie cellulaire
5. Les deux grands types de cellules : procaryotes et eucaryotes
6. La perpétuation de la vie repose sur l’ADN
7. Corrélation entre la structure et la fonction
8. Les domaines du vivant (classification des procaryotes et eucaryotes)
1. L’organisation complexe du vivant
L’organisation biologique correspond à une hiérarchie de niveaux structuraux s’édifiant les uns à partir des autres.
Molécules
Atomes
Organites
Cellules
Tissus Organes Système Organisme Population
Communauté
Écosystème
Si on casse une roche en plusieurs morceaux, elle garde ses propriétés.
Si on altère cette organisation chez un organisme, il peut mourrir.
La vie repose sur l’intégrité de ces niveaux structuraux
Particules subatomiquesÉlectron, proton, neutron ou toute autre unité fondamentale de la matière
Atome d’oxygèneSource
AtomePlus petite unité d’un élément qui conserve les propriétés de cet élément
Atome d’oxygène
Atome MoléculesEnsemble d’au moins deux atomes reliés par liaison chimique
Molécule de chlorophylleCapte les ondes lumineuses
HydrogèneMagnésium
Carbone
Molécules
Molécule de chlorophylleCapte les ondes lumineuses
HydrogèneMagnésium
Carbone
OrganiteRegroupement de molécules en une structure ayant un rôle défini (un petit organe dans la cellule)
Organite : chloroplasteOrganite photosynthétique qui contient la chlorophylle
Organite
Organite : chloroplasteOrganite photosynthétique qui contient la chlorophylle
CelluleRegroupement des organites et des molécules en une unité vivante, capable de se reproduireet jouant un rôle déterminé
Cellules de la feuille
Cellule
Cellules de la feuille
Tissu Regroupement des cellules de même type et exerçant une fonction commune
TissusDe l’épiderme et photosynthétique
Tissu
TissusDe l’épiderme et photosynthétique
OrganeRegroupement de plusieurs tissus différents accomplissant une tâche précise
FeuilleLes racines et la tige sont aussi des organes
Organe
FeuilleLes racines et la tige sont aussi des organes
Système conducteurLes tissus du xylème et les tissus du phloème font monter et descendre la sève chez les plantes.
SystèmeRegroupement d’organes et de tissus orientés vers une fonction globale
Campbell (2eéd. fr) — Figure 35.7 : 787
Système conducteurLes tissus du xylème et les tissus du phloème font monter et descendre la sève chez les plantes.
Système
Campbell (2eéd. fr) — Figure 35.7 : 787
OrganismeRegroupement des systèmes, des organes et des tissus en une entité vivante et reproductible
Un tremble
Organisme
Un tremble
PopulationEnsemble des organismes de la même espèce qui vivent dans une même région
Une population de trembles
CommunautéEnsemble des populations animales, végétales et microbiennes qui habitent une même région(ensemble des vivants)
Une communauté de Tanzanie
Population de zèbres
Population de graminées
Population de gnous
Population
Une population de trembles
Communauté
Une communauté de Tanzanie
Population de zèbres
Population de graminées
Population de gnous
Un écosystème de Tanzanie
ÉcosystèmeRegroupement d’une communauté et de son milieu physico-chimique(les vivants et leur milieu : terre, air, eau)
2. Les propriétés émergentes
• Apparition à chaque niveau d'organisation supérieur, de nouvelles propriétés qui n’existaient pas au niveau inférieur.
• Quand on grimpe l’échelle biologique, les performances augmentent.
Une cellule endothéliale (constituante des capillaires sanguins) a des propriétés particulières mais seule, elle ne peut rien faire.
Associée aux autres cellules endothéliales (tissu), elle devient un véritable tube qui canalise le sang, en absorbe certains produits tout en y déversant certains, aussi.
ExempleCellule endothéliale
Feuillet de cellules endothéliales
Un capillaire sanguin
Inspiré de Life, 4e éd., figure 1.2 : 5
Le tissu musculaire de l’estomac se contracte mais, seul, il ne peut exercer sa fonction.
Associé aux autres tissus de l’estomac (nerveux, épithélial, conjonctif), il devient pleinement fonctionnel. En se contractant, il mélange les aliments aux sucs digestifs libérés par le tissu épithélial de l’estomac. Les aliments se transforment en bouillie acide.
Autre exemple
Les cellules épithéliales s’enfoncent en formant ainsi des glandes qui sécrètent de l’acide et des enzymes.
obliques
circulaires
longitudinaux
Tissu conjonctif(paroi externe de l’estomac)
Cellules épithéliales(paroi interne de l’estomac)
Muscles lisses
Inspiré de Life, 4e éd., figure 37.10 : 728
3. Les caractéristiques du vivant
Ordre Ordre Organisation Organisation complexecomplexe
ReproductionReproduction
Croissance et développement
Évolution et adaptation
Homéostasie Stabilité du Stabilité du milieu internemilieu interne
Réactions aux stimuli de l'environnementSensibilitéSensibilité
Utilisation de l'énergie
Campbell (2eéd. fr) — Figure 1.3 : 5
• Les cellules ne survivent que si le MILIEU INTERNE demeure stable• Milieu interne = sang, liquide entre les cellules, lymphe, LCR…
HOMÉOSTASIE
Gilles Bourbonnais
4. Invention de la théorie cellulaire
Ces scientifiques ont mené à la théorie cellulaire :
1. La cellule est la plus petite entité vivante.
2. Tout être vivant est composé de cellules.
3. Toute cellule provient d'une autre cellule.
Un an plus tard, le zoologiste Théodore Schwann en arrive à la même hypothèse au sujet des animaux.
En 1838, Matthias Schleiden, un botaniste, suggère que tous les tissus végétaux sont faits de cellules.
En 1855, Rudolf Virchow suggère que toute cellule provient d'une autre cellule, préexistante.
Source
5. Les deux grands types de cellules
Les cellules eucaryotes
Plus récentes que les cellules procaryotes (2,5 milliard d'années)
Plus grosses que les cellules procaryotes (environ 50 µm)
Elles ont un véritable noyau délimité par une membrane
Elles ont des organites membraneux
Campbell (2eéd. fr) — Figure 7.8 : 119
Les cellules procaryotes
Plus anciennes que les cellules
eucaryotes (3,5 milliard d'années)Plus petites que les cellules
eucaryotes (environ 5 µm)Elles n’ont pas de véritable
noyau délimité d’une membrane
mais une zone dite nucléoïde
constituée d’un seul chromosome
fortement repliéElles n’ont pas d’organites
membraneuxUne bactérie
Micrographie d’une bactérie
Campbell (1eéd. Française) — Figure 1.4 : 7
Au microscope électronique
Grosseurs relatives des cellules procaryotes et eucaryotes
Cellule eucaryote10 à 100 µm
Cellule procaryote1 à 10 µm
6. La perpétuation de la vie repose sur l’information héréditaire de l’ADN (acide désoxyribonucléique)
La matière s’édifie à partir des instructions de l’ADN (dans le noyau et la zone nucléoïde).
Campbell (2eéd. fr) — Figure 1.5 : 7
L’ADN contient les milliers de gènes de l’individu.
L’ADN est héréditaire ; il est transmis des parents aux enfants mais aussi de cellules à cellules.
Le message de l’ADN est codé d’où le terme de code génétique.
Le code génétique est universel, des bactéries à l’homme (sauf de rares exceptions). Ce sont les gènes qui changent, d’espèces en espèces.
L’universalité du code montre que les espèces ont évolué à partir d’un ancêtre commun.
7. Corrélation entre la structure et la fonction
Il y a une corrélation entre la structure (sa forme, son anatomie) et la fonction qu’exerce cette structure (sa physiologie, son fonctionnement), et ce, à tous les niveaux de l’organisation biologique.
La forme aérodynamique et la grande surface portante des ailes (structure) permettent le vol (fonction).
Les os creux des oiseaux les rendent plus légers (structure) et donc aptes à s’envoler (fonction).
Campbell (2eéd.) — Figure 1.6 : 8
Les prolongements des neurones les rendent aptes à transmettre l’influx nerveux d’un endroit à l’autre du corps.
Mitochondrie
Les replis de la membrane interne augmentent la surface et permettent de contenir plus d’enzymes pour la respiration cellulaire
Un corrollaire !L’analyse d’une structure biologique nous donne des indices sur sa fonction et vice versa. L’analyse d’une fonction réalisée par une structure nous donne des indices sur la composition de cette structure.
8. Les trois domaines du vivant (archéobactéries, eubactéries et eucaryotes) correspondent à six règnes
Taggart — p.9Origine de la vie
PROTISTES EUMYCÈTES ANIMAUX
EUCARYOTES
(domaine)
EUBACTÉRIES
(domaine)
ARCHÉOBACTÉRIES
(domaine)
VÉGÉTAUX
PROCARYOTES
Domaine des Bactéries
Domaine des Archéobactéries
Bactéries des milieux extrêmes
Bactéries
Anciennement, tous deux étaient groupés dans le règne des monères. Campbell (2eéd.) — Figure 1.11 : 12
LES CELLULES PROCARYOTES
Règne des Eumycètes
Règne des Protistes
Algues et protozoaires
Stentor est un protozoaire«comme un animal unicellulaire»
Règne des Animaux
LE DOMAINE DES CELLULES EUCARYOTES
Règne des Végétaux
FIN DE LA PREMIÈRE PARTIE